專利名稱：一種集成pdms表面張力微泵的微流控芯片及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成流體驅(qū)動微泵的微流控芯片及其應(yīng)用，特別提供了一 種集成PDMS表面張力微泵的微流控芯片及其應(yīng)用。 背聚技術(shù)
微流控芯片(Microfluidics, Lab-on-a-chip)是一個跨學(xué)科的新領(lǐng)域， 指的是把生化領(lǐng)域中所涉及的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測等基本操作單 元集成或基本集成到一塊幾平方厘米(甚至更小)的芯片上，由微通道形 成網(wǎng)絡(luò)，以可控流體貫穿整個系統(tǒng)，用以取代常規(guī)生物或化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的各 種功能的一種技術(shù)。它是微納米技術(shù)的重要組成部分，也是系統(tǒng)生物學(xué)研 究的主要技術(shù)平臺之一。
為了在芯片實(shí)驗(yàn)室這個平臺上實(shí)現(xiàn)各種研究和應(yīng)用，就必須采取適當(dāng) 的驅(qū)動手段實(shí)現(xiàn)微小尺度上對流體的輸運(yùn)和控制，本發(fā)明涉及其中的流體 表面張力驅(qū)動泵。
可用于芯片實(shí)驗(yàn)室流體驅(qū)動的泵多種多樣，包括電滲泵，注射泵，表 面張力泵，重力泵，離心泵，氣動微泵和光致泵等。由于在微小尺寸下， 尺度效應(yīng)將變得明顯，因而利用材料表面性質(zhì)作為流體驅(qū)動力的表面張力 微泵就變得十分便捷和重要。其主要的優(yōu)點(diǎn)在于(1)完全集成于微流控芯 片上；(2)無須外界驅(qū)動力，無須附屬設(shè)備，節(jié)約能源，便于攜帶，適合 于野外現(xiàn)場的操作；(3)無須外界接口，操作簡便。而目前文獻(xiàn)報道的表 面張力微泵制作的材料都是基于硅片、陶瓷等剛性材料(David Juncker，
3Heinz Schmid， Ute Drechsler， Heiko Wolf, Marc Wolf, Bruno Michel, Nico de Rooij， and Emmanuel Delamarche, 2002. Autonomous Microfluidic Capillary System. Anal. Chem. 74:6139-6144; Martin Zimmermann， Heinz Schmid， Patrick Hunzikerb and Emmanuel Delamarche. 2007. Capillary pumps for autonomous capillary systems. Lab on a Chip. 7: 119-125.)，制作方法煩瑣， 成本昂貴，因而制約了它在微流控芯片上的應(yīng)用。而本發(fā)明則是利用PDMS 作為表面張力微泵的材料，成本低廉，制作方法簡單，適宜于批量生產(chǎn)， 非常適合一次性使用。
抗原或半抗原與抗體結(jié)合的反應(yīng)稱為免疫反應(yīng)?？贵w能選擇性的與相 應(yīng)的抗原結(jié)合而不與其它物質(zhì)結(jié)合，因而基于免疫反應(yīng)的免疫分析具有髙 度的特異性或?qū)Ｒ恍?。由此發(fā)展的各種免疫檢測方法在臨床檢驗(yàn)中對人體 體液中各種病原體的檢測對于疾病的診斷、治療具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種集成PDMS表面張力微泵的微流控芯片及其 在免疫分析中的應(yīng)用。
本發(fā)明提供了一種集成PDMS表面張力微泵的微流控芯片，該芯片由 加樣液池，混合單元，反應(yīng)通道，流速控制單元，PDMS表面張力微泵和 廢液池組成；以上6個單元均在一塊PDMS芯片上，此PDMS芯片封接于 另一層PDMS或者玻璃上。其中，加樣液池、混合單元和反應(yīng)通道三部分 是由未加修飾的PDMS制備得到，而流速控制單元、PDMS表面張力微泵 和廢液池所用的材料是由添加了乳化劑或非離子型表面活性劑的PDMS制 備得到。PDMS在添加了乳化劑或非離子型表面活性劑后將變的親水，其接觸角大大降低，根據(jù)所使用的乳化劑或非離子型表面活性劑的種類及其
濃度的不同，修飾后的PDMS的接觸角從114度到20度不等，并且其親水 性可以在常規(guī)條件下(溫度、濕度、壓力等)長久的保存(保存時間長于 三個月)。
本發(fā)明提供的集成PDMS表面張力微泵的微流控芯片，所述PDMS表 面張力微泵的制作材料為添加乳化劑或非離子型表面活性劑的PDMS;添 加了乳化劑或非離子型表面活性劑的PDMS是表面張力微泵的驅(qū)動力，溶 液在經(jīng)過前面幾個單元后進(jìn)入泵區(qū)，由于添加了乳化劑或非離子型表面活 性劑的PDMS表面親水，溶液將不斷浸潤芯片通道，因而溶液會源源不斷 的從加樣液池中流向泵區(qū)。通過對泵區(qū)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以提高泵區(qū)儲存 廢液的能力，增加最大進(jìn)樣量。
本發(fā)明提供的集成PDMS表面張力微泵的微流控芯片，所述乳化劑或 非離子型表面活性劑在PDMS中體積為0.1-10%。
本發(fā)明提供的集成PDMS表面張力微泵的微流控芯片，所述乳化劑或 非離子型表面活性劑為Triton、 Tween中至少一種。
本發(fā)明提供的集成PDMS表面張力微泵的微流控芯片，可以提供nL/s 范圍的流速，并且通過芯片設(shè)計(jì)和對廢液池出口的調(diào)控可以得到線形的流 速，流速線形范圍為0nL/s-1000nL/s。
本發(fā)明提供了集成PDMS表面張力微泵的微流控芯片在免疫分析中的 應(yīng)用，集成PDMS表面張力微泵的微流控芯片以未經(jīng)修飾的PDMS微通道 壁作為免疫反應(yīng)的載體，通過向加樣液池中順序加入分析試劑使其在 PDMS表面張力微泵的驅(qū)動下依次通過反應(yīng)通道，自動完成免疫反應(yīng)。本發(fā)明的創(chuàng)造性在于1、在PDMS中添加乳化劑或非離子型表面活性 劑，實(shí)現(xiàn)了 PDMS由疏水性到親水性的轉(zhuǎn)變，并且其親水性可以在常規(guī)條 件下(溫度、濕度、壓力等)長久的保存(保存時間長于三個月)；2、在 微流控芯片上利用添加了乳化劑或非離子型表面活性劑的PDMS實(shí)現(xiàn)了低 成本表面張力微泵的制作和集成；3、將PDMS表面張力微泵應(yīng)用于一次性 免疫分析檢測。
本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)1、反應(yīng)單元和驅(qū)動單元完全集成于芯片上； 2、不需要軟件的控制，無需外界接口； 3、不需要外動力源，適合野外分 析；4、體積小、成本低、操作特別簡單。


圖1本發(fā)明集成PDMS表面張力微泵的微流控芯片示意圖，其中(1) 加樣液池，(2)混合單元，(3)反應(yīng)通道，(4)流速控制單元，(5) PDMS 表面張力微泵，(6)廢液池；
圖2添加了乳化劑或非離子型表面活性劑的PDMS的接觸角隨時間的 變化圖，其中A為未經(jīng)過修飾的PDMS， B為添加了2。/。Triton X-100的 PDMS， C為添加了 5%Triton X-100的PDMS;
圖3 PDMS表面張力微泵輸運(yùn)液體的實(shí)時錄像截圖，其中A為不同 溶液順序加入加樣處，B為PDMS表面張力微泵輸運(yùn)液體；
圖4通過調(diào)節(jié)芯片的廢液池實(shí)現(xiàn)對微泵流速的線性調(diào)控，*處標(biāo)示為 實(shí)驗(yàn)所用的芯片示意圖5利用PDMS表面張力微泵實(shí)現(xiàn)微流控芯片免疫分析結(jié)果圖，其中 A為空白，B為人IgG(5微克廣升)的分析結(jié)果，C為人IgG的工作曲線；圖6利用PDMS表面張力微泵實(shí)現(xiàn)微流控芯片免疫分析結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式
下面的實(shí)施例將對本發(fā)明予以進(jìn)一步的說明，但并不因此而限制本發(fā)明。
實(shí)施例l:
基于PDMS制作的微流控芯片表面張力微泵實(shí)現(xiàn)不同的流速的調(diào)節(jié)。 芯片如圖4中*處所示，用PDMS將微泵廢液池出口覆蓋實(shí)現(xiàn)對廢液池數(shù)目 的控制，由此可以在nL/s的流速尺度內(nèi)實(shí)現(xiàn)流速的線形調(diào)節(jié)。
當(dāng)廢液池出口數(shù)目為零時，此時溶液在通道內(nèi)停止流動，流速為零。 實(shí)施例2:
基于PDMS制作的微流控芯片表面張力微泵免疫分析系統(tǒng)。整個免疫 分析過程需要抗體溶液、牛血清白蛋白溶液、洗滌液、樣品溶液和標(biāo)記抗 體溶液。用移液槍將這些溶液按照免疫反應(yīng)的順序依次加入加樣液池中， 這些溶液將在表面張力的作用下依次流經(jīng)反應(yīng)通道，即可自動完成免疫反 應(yīng)的各個步驟，如包被、封閉、反應(yīng)、洗滌等。
整個免疫分析過程(以人IgG作為模型分析物)說明如下 1 、在加樣液池中用移液槍加入羊抗人IgG溶液，在表面張力的作用下， 它會逐步流入反應(yīng)通道。由于反應(yīng)通道處所用的材料為未加修飾的PDMS, 呈疏水性，因而抗體蛋白會吸附在通道壁上；
2、 在加樣液池中加入10mg/mL的牛血清白蛋白溶液(BSA)， BSA溶 液流入反應(yīng)通道對其進(jìn)行封閉以降低非特異性吸附；
3、 在加樣液池中加入洗滌液PBS+0.05n/。Tween20,洗滌反應(yīng)通道；4、 在加樣液池中加入人IgG的樣品，樣品中的人IgG與反應(yīng)通道壁上 包被的羊抗人IgG免疫反應(yīng)；
5、 在加樣液池中加入洗滌液PBS+0.05。/。Tween20,洗滌反應(yīng)通道；
6、 在加樣液池中用移液槍加入FITC標(biāo)記的羊抗人IgG溶液，F(xiàn)ITC標(biāo) 記的羊抗人IgG溶液與反應(yīng)步驟中免疫反應(yīng)的產(chǎn)物結(jié)合，形成待檢測的免 疫復(fù)合物；
7、 熒光檢測，得到免疫診斷結(jié)果。
以上步驟中每步加入的溶液的體積為l-3pL,所用的移液槍可以自制。 以人IgG作為模型分析物在該免疫分析系統(tǒng)上得到的人IgG的工作曲 線，如圖5所示。
由于此免疫分析系統(tǒng)無須外界動力和控制設(shè)備，因而可以應(yīng)用于現(xiàn)場 及時免疫分析中。 實(shí)施例3:
基于PDMS制作的微流控芯片表面張力微泵多指標(biāo)免疫分析系統(tǒng)，結(jié) 果如圖6所示。此芯片上下兩層都為PDMS，其中上層PDMS為表面張力 微泵，提供流體輸運(yùn)動力，下層PDMS不經(jīng)修飾，提供免疫反應(yīng)的載體。 下層PDMS上預(yù)先包被不同的抗體條帶，在加樣液池中依次加入樣品和各 種檢測抗體的混合物，實(shí)現(xiàn)對一個樣品的多種指標(biāo)同時分析檢測。
權(quán)利要求
1、一種集成PDMS表面張力微泵的微流控芯片，其特征在于該芯片由加樣液池(1)，混合單元(2)，反應(yīng)通道(3)，流速控制單元(4)，PDMS表面張力微泵(5)和廢液池(6)組成；以上6個單元均在一塊PDMS芯片上，此PDMS芯片封接于另一層PDMS或者玻璃上。
2、 按照權(quán)利要求1所述集成PDMS表面張力微泵的微流控芯片，其特 征在于所述PDMS表面張力微泵(5)的制作材料為添加乳化劑或非離子 型表面活性劑的PDMS。
3、 按照權(quán)利要求2所述集成PDMS表面張力微泵的微流控芯片，其特 征在于所述乳化劑或非離子型表面活性劑在PDMS中體積為0.1-10%。
4、 按照權(quán)利要求2或3所述集成PDMS表面張力微泵的微流控芯片， 其特征在于所述乳化劑或非離子型表面活性劑為Triton、 Tween中至少一 種。
5、 權(quán)利要求1所述集成PDMS表面張力微泵的微流控芯片在免疫分析 中的應(yīng)用，其特征在于集成PDMS表面張力微泵的微流控芯片以未經(jīng)修 飾的PDMS微通道壁作為免疫反應(yīng)的載體，通過向加樣液池中順序加入分 析試劑使其在PDMS表面張力微泵的驅(qū)動下依次通過反應(yīng)通道，自動完成 免疫反應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種集成PDMS表面張力微泵的微流控芯片及其在免疫分析中的應(yīng)用，該芯片由加樣液池，混合單元，反應(yīng)通道，流速控制單元，PDMS表面張力微泵和廢液池組成；以上6個單元均在一塊PDMS芯片上，此PDMS芯片封接于另一層PDMS或者玻璃上。本發(fā)明在微流控芯片上利用添加了乳化劑或非離子型表面活性劑的PDMS實(shí)現(xiàn)了低成本表面張力微泵的制作和集成，具有反應(yīng)單元和驅(qū)動單元完全集成于芯片上；不需要軟件的控制，無需外界接口；不需要外動力源，適合野外分析；體積小、成本低、操作特別簡單等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N35/00GK101561444SQ20081001108
公開日2009年10月21日 申請日期2008年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月18日
發(fā)明者雷 姜, 林炳承, 秦建華, 瑤 陸 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所